專利名稱：井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種井下監(jiān)控系統(tǒng)，特別是涉及一種井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
背景技術：
煤礦是礦難高發(fā)區(qū)，權威資料顯示，目前我國煤礦事故死亡人數(shù)遠遠超過全世界其它產(chǎn)煤國家煤礦事故死亡人數(shù)的總和，2003年我國煤礦事故死亡人數(shù)超過6000人，百萬噸死亡率為4.0。2004上半年全國共發(fā)生傷亡事故1736起，死亡2537人，百萬噸死亡率為2.96。而美國在1998年的百萬噸死亡率為0.03。我國煤炭行業(yè)如此高的事故死亡率與煤炭行業(yè)的安全投入不足直接相關，安全生產(chǎn)欠賬高達500億元。
而目前所有的井下有線監(jiān)控系統(tǒng)，只具備遠程監(jiān)控功能，可以提供事后事故分析使用，但不能事先提供預防事故的辦法，不能實時給煤礦安全局提供監(jiān)督的手段，不能在事故發(fā)生的特殊時刻準確的、連續(xù)的把握事故現(xiàn)場的人員位置情況和設備運行情況，也不能不間斷的與遇險人員保持聯(lián)系，更不能確定礦難人員的所處位置。而在礦難事故發(fā)生時，有線系統(tǒng)必定被損壞，造成通信中斷，井上井下無法聯(lián)系。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對這一缺陷，提供一種集光纖通信、無線通信和定位為一體的井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，是在井下巷道中設置若干個移動通信基站，這些基站分成若干組，每組連接一內(nèi)嵌定位發(fā)送卡的基站控制器，這些基站控制器通過光端機和光纖連接內(nèi)嵌定位接收卡的井上局端設備，該局端設備和內(nèi)置通信軟件、定位軟件、三維信息圖數(shù)據(jù)庫的服務器、內(nèi)置三維顯示軟件的監(jiān)控計算機聯(lián)成監(jiān)控局域網(wǎng)，內(nèi)置唯一ID號的手持終端在所述基站中漫游時通過空中無線接口與所述的基站進行無線語音和數(shù)據(jù)交換。
本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，其手持終端和通信基站之間的通信頻率選用800MHz無線頻率。
本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，其所有的井下手持終端、井下通訊基站、井下基站控制器、井下光端機均采用防爆產(chǎn)品。
本發(fā)明的井下緊急救援監(jiān)控方法，在井下巷道中設置若干移動通信基站，這些基站分成若干組，每組連接一內(nèi)嵌定位發(fā)送卡的基站控制器，這些基站控制器通過光端機和光纖連接內(nèi)嵌定位接收卡的井上局端設備，該局端設備和內(nèi)置通信軟件、定位軟件、三維信息圖數(shù)據(jù)庫的服務器、內(nèi)置三維顯示軟件的監(jiān)控計算機聯(lián)成監(jiān)控局域網(wǎng)，內(nèi)置唯一ID號的手持終端在所述基站中漫游時通過空中無線接口與所述的基站進行無線語音和數(shù)據(jù)交換的，該系統(tǒng)的監(jiān)控定位步驟如下1)手持終端開機后自動和相鄰的基站建立聯(lián)系，并在系統(tǒng)定位軟件中注冊登記其ID；2)系統(tǒng)服務器中的定位軟件自設定位周期，按定位周期自動查詢計算每一個注冊ID的位置。在每一個定位周期到來時，按已注冊ID開始查詢；3)定位軟件先從ID注冊中提取一個ID，提取關聯(lián)該ID的基站控制器，通過該基站控制器的定位發(fā)射卡提取關聯(lián)該ID的信號強度，并傳送至局端設備的定位接收卡中轉(zhuǎn)換成關聯(lián)該ID的修正因子；4)定位軟件根據(jù)該ID相關的基站位置和該ID的修正因子，計算出該ID的空間位置，計算結果為預估位置和36分布；5)定位軟件將該ID的空間分布與三維井下信息圖相交得到最終該ID的位置分布，并將該ID的位置分布發(fā)送給監(jiān)控計算機；6)監(jiān)控計算機中的三維顯示軟件將該ID顯示在監(jiān)控計算機的三維井下信息圖上；7)定位軟件判斷如果還有已注冊的ID未查詢，返回步驟3取下一個ID；如果全部ID計算完畢，返回步驟2等待下一定位周期開始。
本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)及方法，變井下有線通信為無線通信，能夠從始自終始記錄每個手持終端的空間位置，確定每個下井人員的位置，并具有通信功能，特別適用于礦難事故中尋找井下人員的位置，保持與井下人員的通信，即便在最壞的情況下，還可以在可以到達的區(qū)域設置新的基站，重新建立通信網(wǎng)，確保井下通信的暢通和探知人員的井下位置，同時由于具備即時通信和定位，也可用于即時生產(chǎn)調(diào)度。


圖1是本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)的拓撲示意圖；圖2是本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)及方法的監(jiān)控定位流程圖；圖3是本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)的定位發(fā)送卡框圖；圖4是本發(fā)明井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)的定位接受卡框圖。
具體實施例方式
為進一步闡述本發(fā)明，下面結合實施例作更詳盡的說明。
本發(fā)明是利用成熟的無線通訊技術，同時利用手持終端在各基站漫游的特點(井下人員的位置是不固定的)，在服務器上采用獨創(chuàng)位置幾何算法以及井下三維信息圖形，可實時計算出各攜帶手持終端人員在井下的空間位置。
圖1是本發(fā)明的拓撲示意圖，在井下各巷道和工作面中，設置有許多通信基站，這些通信基站之間的距離，應該小于無線電波在井下傳輸?shù)淖钚【嚯x。
這些基站按照安放位置分組配置，每組基站通過主傳輸U接口和一基站控制器連接，本實施例中，一個基站控制器連接兩個基站。該基站控制器通過光端機和光纖以E1接口方式連接井上的局端設備。
在每個基站控制器中，設置有內(nèi)嵌式定位發(fā)送卡(cons-b-4001)，通過PCI插槽插在基站控制器主板上。定位發(fā)送卡的原理見圖3，定位發(fā)送卡上有單板控制器Z-world BL2100和A/D轉(zhuǎn)換器，通過PCI接口在給定的時間循環(huán)，單板控制器將采集的手持終端的信號強度通過A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)字化后進行處理并和對應的手持終端的ID號碼匹配，并將結果通過PCI接口發(fā)送到局端設備的定位接收卡。板上的RS232接口允許使用者將更新的處理程序刷新Z-worldBL2100。Z-world BL2100單板控制器是一款可靠性高、成本低廉的控制器。給OEM設計者提供以太網(wǎng)接入功能，可選配LCD及觸摸按鍵。BL2100系列非常適于嵌入式的控制和數(shù)據(jù)采集，是一個功能完備的解決方案，實現(xiàn)遠程監(jiān)視和監(jiān)控另一個可編程系統(tǒng)或者對新的或現(xiàn)有的產(chǎn)品提供以太網(wǎng)接入功能來說也是非常理想的。
井上的局端設備連接在一個局域網(wǎng)上，在這個局域網(wǎng)上還連接有服務器和數(shù)臺監(jiān)控計算機。
在局端設備上，設置有內(nèi)嵌式定位接收卡(cons-b-4002)，通過PCI插槽插在局端設備主板上，專門負責把基站控制器發(fā)來的手持終端對應于相鄰基站的信號強度轉(zhuǎn)換成該手持終端的修正數(shù)據(jù)，在這里稱為ID修正因子。
本實施例利用最新的64Kb無線數(shù)據(jù)傳輸設備DXC64作為局端設備，完成定位數(shù)據(jù)的傳輸，DXC64設備為19英寸4U高的標準機箱，共有11個槽位為電源板，可提供-48VDC、-24VDC供電，滿負荷功耗為50W。第二槽位為DXC板，即時隙交叉控制板，它用軟件進行64kb/s時隙交叉連接，并完成對該設備的各項管理功能。第三至第十槽(共8個槽位)為E1接口板，每塊板能提供8個獨立的E1接口，DXC64設備最多能提供64個E1接口。第十一槽位為遠程網(wǎng)管板，它提供對DXC64設備的遠程管理和組網(wǎng)管理。
定位接收卡通過PCI插槽插在局端設備的主板上。定位接收卡的原理見圖4。
定位接收卡通過PCI接口插在局端設備上，通過PCI接口在給定的時間循環(huán)Z-worldBL2100單板控制器將采集的到的所有定位發(fā)送卡的信號強度(修正因子)通過RJ45以狀態(tài)幀的方式發(fā)送到服務器上，用于精確的定位處理。同時RJ-45接口允許使用者將更新的處理程序刷新Z-world BL2100。
在服務器中，設置有井下三維信息圖數(shù)據(jù)庫和定位軟件、通信軟件，所有的基站都有固定的站號，并在井下三維信息圖中有預先確定的固定位置。
在監(jiān)控計算機中，安裝專用控制軟件，這些軟件有專門的三維工作界面。
所有的手持終端攜帶在每個下井人員的身上，通過RCR STD-28 V3.3空中無線接口和相鄰的基站建立無線聯(lián)系，每個手持終端有一個唯一的ID號，開機后自動在系統(tǒng)中注冊登記。
整個系統(tǒng)的監(jiān)控定位過程是按一定的周期自動完成的，其監(jiān)控定位流程可見圖2。
打開系統(tǒng)后，系統(tǒng)定位軟件首先要求確定定位周期。該定位周期是可以設置也可以用預設值，設定定位周期的目的是周而復始地不斷的檢測每個手持終端的當時位置；在一個定位周期開始后，定位軟件從已注冊的手持終端ID中提取一個ID號，即確定一個要查詢的手持終端。依據(jù)ID號提取該ID的關聯(lián)基站控制器，再提取和該ID關聯(lián)的基站的空間位置以及和該ID關聯(lián)的修正因子；定位軟件依據(jù)該ID關聯(lián)基站的位置和該ID的修正因子計算求出該ID所處的空間位置，該結果為預估位置和36分布；定位軟件將該ID的空間分布與服務器中所存的井下三維信息圖相交，求得該ID的最終位置，并將該ID的位置信息送至監(jiān)控計算機；監(jiān)控計算機中的三維顯示軟件將該ID的位置顯示在三維井下信息圖上；定位軟件判斷如果已注冊的ID還未查詢完，轉(zhuǎn)回步驟2接著從手持終端注冊ID中提取另一個ID，計算另一個ID的空間位置；如果所有已注冊的ID都處理完畢，返回步驟1等待下一個定位周期的開始，再一次重復尋找每個ID的新位置。
通過一個周期的以上步驟，本系統(tǒng)即可即時掌握所有在井下的手持終端的當前位置。而連續(xù)的循環(huán)檢測，便可以得知每個ID的曾經(jīng)位置和移動軌跡，也就是說每個井下人員的井下位置和行動軌跡。
比如，一個人員攜帶一個手持終端行進在巷道中的兩個基站之間，假設這兩個基站為1號和2號，由于他離兩個基站距離不同，手持終端發(fā)到兩個基站的信號強度便不同，這兩個不同的信號強度便可被這兩個基站所在的基站控制器中的定位發(fā)送卡采集，并發(fā)送到局端設備轉(zhuǎn)換成該手持終端對于這兩個基站的ID修正因子，定位軟件根據(jù)1號2號基站的空間位置和手持終端相應于這兩個基站的ID修正因子便可以計算出該手持終端的空間位置，并找出相應的三維信息空間位置。
如果這個人不動，下一個檢測循環(huán)檢測到的該人的位置不變；當這個人員繼續(xù)前進時，在下一個檢測循環(huán)(或者是以后的某一個循環(huán))中，如果該人已行進到2號基站和3號基站之間，手持終端發(fā)到2號3號基站的信號強度便指示著該人在2號3號基站之間的位置。如此循環(huán)，可以隨時隨地得知該人在井下的位置。
在空間比較大的地域，可以通過三個基站來確定人員位置。
該系統(tǒng)中所有的井下設備，包括手持終端、基站、基站控制器、光端機等均按照德國DAS防爆工藝生產(chǎn)，達到防爆IIC級。
該系統(tǒng)選用800MHz頻段為工作頻段，該頻段在井下有較好的傳播性能。
本實施例的系統(tǒng)，在自動定位的同時具備無線通話能力，這就提供了實時的日常生產(chǎn)遠程調(diào)度指揮。
本發(fā)明的優(yōu)點之一，在于將目前井下的有線通訊系統(tǒng)改為井下無線通訊系統(tǒng)，特別在礦難發(fā)生時，通常有線線路被毀壞，導致井上和井下無法通訊，造成盲目搶險，在改為無線通訊后，即使某個基站被毀壞后仍可以通過未出事故位置安裝的基站還是能夠與移動的手持終端通訊進行聯(lián)系通訊，在最壞的情況下，還可從井上攜帶新的基站到事故現(xiàn)場附近，臨時建立應急通訊通道，以保證與遇險人員的通訊。
本發(fā)明的優(yōu)點之二，增加了井下人員的定位功能，通常在事故發(fā)生后，人員很容易跑散，井上人員無法確認井下遇險人員的位置。在遇險人員生命受到威脅，以最短時間將遇險人員搶救出來是非常重要的，在沒有定位功能情況下，如何確定打孔位置以便輸送空氣和食品卻是盲目的，貽誤時機。有了帶定位功能的緊急救助監(jiān)控系統(tǒng)，可迅速確定打孔位置，在第一時間將遇險人員搶救出來。
本發(fā)明的優(yōu)點之三，在礦井的日常安全生產(chǎn)中，由于井上指揮及時掌握井下人員的位置信息，大大便于調(diào)度，提高生產(chǎn)效率。
權利要求
1.一種井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是在井下巷道中設置若干個移動通信基站，這些基站分成若干組，每組連接一內(nèi)嵌定位發(fā)送卡的基站控制器，這些基站控制器通過光端機和光纖連接內(nèi)嵌定位接收卡的井上局端設備，該局端設備和內(nèi)置通信軟件、定位軟件、三維信息圖數(shù)據(jù)庫的服務器、內(nèi)置三維顯示軟件的監(jiān)控計算機聯(lián)成井上監(jiān)控局域網(wǎng)，內(nèi)置唯一ID號的手持終端在所述基站中漫游時通過空中無線接口與所述的基站進行無線語音和數(shù)據(jù)交換。
2.根據(jù)權利要求1所述井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述的手持終端和通信基站之間的通信頻率選用800MHz無線頻率。
3.根據(jù)權利要求2所述井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述的井下手持終端、井下通訊基站、井下基站控制器、井下光端機均采用防爆產(chǎn)品。
4.一種井下緊急救援監(jiān)控方法，其特征是在井下巷道中設置若干個移動通信基站，這些基站分成若干組，每組連接一內(nèi)嵌定位發(fā)送卡的基站控制器，這些基站控制器通過光端機和光纖連接內(nèi)嵌定位接收卡的井上局端設備，該局端設備和內(nèi)置通信軟件、定位軟件、三維信息圖數(shù)據(jù)庫的服務器、內(nèi)置三維顯示軟件的監(jiān)控計算機聯(lián)成監(jiān)控局域網(wǎng)，內(nèi)置唯一ID號的手持終端在所述基站中漫游時通過空中無線接口與所述的基站進行無線語音和數(shù)據(jù)交換，該系統(tǒng)的監(jiān)控定位步驟如下1)手持終端開機后自動和相鄰的基站建立聯(lián)系，并在系統(tǒng)定位軟件中注冊登記其ID；2)系統(tǒng)服務器中的定位軟件自設定位周期，按定位周期自動查詢計算每一個注冊ID的位置。在每一個定位周期到來時，按已注冊ID開始查詢；3)定位軟件先從ID注冊中提取一個ID，提取關聯(lián)該ID的基站控制器，通過該基站控制器的定位發(fā)射卡提取關聯(lián)該ID的信號強度，并傳送至局端設備的定位接收卡中轉(zhuǎn)換成關聯(lián)該ID的修正因子；4)定位軟件根據(jù)該ID相關的基站位置和該ID的修正因子，計算出該ID的空間位置，計算結果為預估位置和3б分布；5)定位軟件將該ID的空間分布與三維井下信息圖相交得到最終該ID的位置分布，并將該ID的位置分布發(fā)送給監(jiān)控計算機；6)監(jiān)控計算機中的三維顯示軟件將該ID顯示在監(jiān)控計算機的三維井下信息圖上；7)定位軟件判斷如果還有已注冊的ID未查詢，返回步驟3取下一個ID；如果全部ID計算完畢，返回步驟2等待下一定位周期開始。
全文摘要
井下緊急救援監(jiān)控系統(tǒng)，是在井下設置若干個移動通信基站，基站分成組，每組連接一內(nèi)嵌定位發(fā)送卡的基站控制器，基站控制器通過光纖通信連接內(nèi)嵌定位接收卡的井上局端設備，局端設備和內(nèi)置通信軟件、定位軟件、三維信息圖數(shù)據(jù)庫的服務器、內(nèi)置三維顯示軟件的監(jiān)控計算機聯(lián)成局域網(wǎng)，內(nèi)置唯一ID號的手持終端與所述的基站進行無線語音和數(shù)據(jù)交換，通信頻率選用800MHz，選用防爆產(chǎn)品。該系統(tǒng)能夠自動記錄每個手持終端的現(xiàn)在和曾經(jīng)的空間位置，具有通信功能，可以用于遠程實時生產(chǎn)調(diào)度；礦難救援時，可以確定井下人員位置，獲得井下信息。在通信網(wǎng)損壞的情況下，可以在能到達的區(qū)域設置新的基站，重建通信網(wǎng)。
文檔編號H04Q7/30GK1854463SQ20051006466
公開日2006年11月1日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權日2005年4月19日
發(fā)明者黃小菲 申請人:黃小菲